압력 조절기의 기본
압력 조절기는 많은 일반적인 가정 및 산업 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 압력 조절기는 프로판을 조절하기 위해 가스 그릴에서 사용되고, 가정 난방로에서 천연 가스를 조절하고, 의료 및 치과 장비에서 산소 및 마취 가스를 조절하고, 공압 자동화 시스템에서 압축 공기를 조절하고, 엔진에서 연료를 조절하고, 연료 전지에서 수소를 조절하는 데 사용됩니다. 이 부분적인 목록에서 알 수 있듯이 조절기의 적용 분야는 다양하지만 각 분야에서 압력 조절기는 동일한 기능을 제공합니다. 압력 조절기는 공급(또는 유입) 압력을 더 낮은 유출 압력으로 낮추고 유입 압력의 변동에도 불구하고 이 유출 압력을 유지하기 위해 작동합니다. 유입 압력을 더 낮은 유출 압력으로 낮추는 것이 압력 조절기의 주요 특성입니다.
압력 조절기를 선택할 때는 여러 가지 요소를 고려해야 합니다. 중요한 고려 사항은 다음과 같습니다. 입구 및 출구의 작동 압력 범위, 유량 요구 사항, 유체(가스, 액체, 독성 또는 가연성인가?), 예상 작동 온도 범위, 씰을 포함한 조절기 구성 요소의 재료 선택, 크기 및 무게 제약.
압력 조절기에 사용되는 재료
다양한 유체와 작동 환경을 처리하기 위해 광범위한 소재가 제공됩니다. 일반적인 레귤레이터 구성 요소 소재에는 황동, 플라스틱 및 알루미늄이 있습니다. 다양한 등급의 스테인리스 스틸(예: 303, 304 및 316)도 제공됩니다. 레귤레이터 내부에 사용되는 스프링은 일반적으로 음악 와이어(탄소강) 또는 스테인리스 스틸로 만들어집니다.
황동은 가장 일반적인 용도에 적합하며 일반적으로 경제적입니다. 알루미늄은 무게가 고려될 때 종종 지정됩니다. 플라스틱은 주로 저렴한 비용이 중요하거나 버릴 품목이 필요할 때 고려됩니다. 스테인리스 스틸은 종종 부식성 유체와 함께 사용하거나 부식성 환경에서 사용하거나 유체의 청결이 고려되거나 작동 온도가 높을 때 선택됩니다.
마찬가지로 중요한 것은 씰 재료와 유체 및 작동 온도 범위의 호환성입니다. Buna-n은 전형적인 씰 재료입니다. 일부 제조업체는 옵션 씰을 제공하며 여기에는 다음이 포함됩니다. 플루오로카본, EPDM, 실리콘 및 퍼플루오로엘라스토머.
사용된 유체(가스, 액체, 독성 또는 인화성)
유체의 화학적 특성은 어플리케이션에 가장 적합한 재료를 결정하기 전에 고려해야 합니다. 각 유체는 고유한 특성을 가지므로 유체와 접촉하게 될 적절한 본체 및 씰 재료를 선택하는 데 주의해야 합니다. 유체와 접촉하는 레귤레이터의 부분을 "젖은" 구성 요소라고 합니다.
유체가 가연성, 독성, 폭발성 또는 유해한지 여부를 판단하는 것도 중요합니다. 비방출 레귤레이터는 설계상 대기 중으로 과도한 하류 압력을 배출하지 않기 때문에 유해, 폭발성 또는 값비싼 가스에 사용하기에 더 좋습니다. 비방출 레귤레이터와 달리, 방출(자체 방출이라고도 함) 레귤레이터는 과도한 하류 압력을 대기 중으로 배출하도록 설계되었습니다. 일반적으로 레귤레이터 본체 측면에 이 목적을 위한 통풍구가 있습니다. 일부 특수 설계에서는 통풍구에 나사산을 만들 수 있으며 과도한 압력은 튜빙을 통해 레귤레이터 본체에서 배출되어 안전한 구역으로 배출될 수 있습니다. 이러한 유형의 설계를 선택한 경우 과도한 유체는 모든 안전 규정에 따라 적절하게 배출되어야 합니다.
온도
압력 조절기에 선택된 재료는 유체와 호환될 뿐만 아니라 예상 작동 온도에서 제대로 작동할 수 있어야 합니다. 가장 중요한 관심사는 선택한 엘라스토머가 예상 온도 범위 전체에서 제대로 작동할지 여부입니다. 또한 작동 온도는 극한 응용 분야에서 유량 용량 및/또는 스프링 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.
작동 압력
입구 및 출구 압력은 최상의 레귤레이터를 선택하기 전에 고려해야 할 중요한 요소입니다. 답해야 할 중요한 질문은 다음과 같습니다. 입구 압력의 변동 범위는 얼마입니까? 필요한 출구 압력은 얼마입니까? 출구 압력의 허용 가능한 변동은 얼마입니까?
흐름 요구 사항
애플리케이션에 필요한 최대 유량은 얼마입니까? 유량은 얼마나 변합니까? 포팅 요구 사항도 중요한 고려 사항입니다.
크기 및 무게
많은 첨단 기술 응용 분야에서 공간은 제한적이며 무게가 요인입니다. 일부 제조업체는 소형 구성 요소를 전문으로 하며 전체 크기와 무게가 중요한 경우 상담해야 합니다. 재료 선택, 특히 레귤레이터 본체 구성 요소는 무게에 영향을 미칩니다. 또한 포트(나사산) 크기, 조정 스타일 및 장착 옵션을 신중하게 고려하십시오. 이는 크기와 무게에 영향을 미칩니다.
작동 중인 압력 조절기
압력 조절기는 세 가지 기능 요소로 구성됩니다.
* 압력을 줄이거나 제한하는 요소. 종종 이것은 스프링 로드 팝펫 밸브입니다.
* 감지 요소. 일반적으로 다이어프램 또는 피스톤.
*참조 힘 요소. 가장 일반적으로는 스프링.
작동 시 스프링에서 생성된 기준력이 밸브를 엽니다. 밸브를 열면 감지 요소에 압력이 가해지고, 감지 요소는 밸브를 닫아서 설정된 압력을 유지하기에 충분할 때까지 밸브를 닫습니다. 단순화된 도식 "압력 조절기 도식"은 이러한 힘의 균형 배열을 보여줍니다.
(1) 감압소자(포펫밸브)
가장 일반적으로 레귤레이터는 스프링 로드 "포펫" 밸브를 제한 요소로 사용합니다. 포펫에는 탄성체 씰 또는 일부 고압 설계에서는 열가소성 씰이 포함되어 있으며, 이는 밸브 시트에 씰을 만들도록 구성됩니다. 스프링 힘이 씰을 밸브 시트에서 멀리 이동하면 유체가 레귤레이터의 입구에서 출구로 흐를 수 있습니다. 출구 압력이 상승하면 감지 요소에서 생성된 힘이 스프링 힘에 저항하고 밸브가 닫힙니다. 이 두 힘은 압력 레귤레이터의 설정 지점에서 균형점에 도달합니다. 하류 압력이 설정 지점 아래로 떨어지면 스프링이 포펫을 밸브 시트에서 멀리 밀어내고 힘의 균형이 회복될 때까지 추가 유체가 입구에서 출구로 흐를 수 있습니다.
(2) 감지소자(피스톤 또는 다이어프램)
피스톤 스타일 설계는 더 높은 출구 압력이 필요할 때, 견고성이 문제가 될 때 또는 출구 압력을 엄격한 허용 오차로 유지할 필요가 없을 때 자주 사용됩니다. 피스톤 설계는 피스톤 씰과 레귤레이터 본체 사이의 마찰로 인해 다이어프램 설계에 비해 느린 경향이 있습니다.
저압 응용 분야 또는 높은 정확도가 필요한 경우 다이어프램 스타일이 선호됩니다. 다이어프램 레귤레이터는 압력 변화를 감지하는 데 사용되는 얇은 원반 모양의 요소를 사용합니다. 일반적으로 엘라스토머로 만들어지지만, 특수 응용 분야에서는 얇은 꼬인 금속이 사용됩니다. 다이어프램은 본질적으로 피스톤 스타일 설계에 내재된 마찰을 제거합니다. 또한 특정 레귤레이터 크기의 경우 피스톤 스타일 설계를 사용하는 경우보다 다이어프램 설계로 더 큰 감지 영역을 제공할 수 있습니다.
(3) 기준력요소(스프링)
기준 힘 요소는 일반적으로 기계적 스프링입니다. 이 스프링은 감지 요소에 힘을 가하고 밸브를 여는 역할을 합니다. 대부분의 레귤레이터는 사용자가 기준 스프링이 가하는 힘을 변경하여 출구 압력 설정점을 조정할 수 있도록 하는 조정 기능이 설계되어 있습니다.
레귤레이터 정확도 및 용량
압력 조절기의 정확도는 출구 압력 대 유량을 차트로 표시하여 결정합니다. 결과 그래프는 유량이 증가함에 따라 출구 압력이 떨어지는 것을 보여줍니다. 이 현상을 드룹이라고 합니다. 압력 조절기 정확도는 장치가 다양한 유량에서 얼마나 드룹을 보이는지로 정의됩니다. 드룹이 적을수록 정확도가 높아집니다. 그래프 "직동 압력 조절기 작동 맵"에 제공된 압력 대 유량 곡선은 조절기의 유용한 조절 용량을 나타냅니다. 조절기를 선택할 때 엔지니어는 압력 대 유량 곡선을 조사하여 조절기가 제안된 응용 프로그램에 필요한 성능 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인해야 합니다.
드룹 정의
"드룹"이라는 용어는 유량이 증가함에 따라 원래 설정점 아래로 출구 압력이 떨어지는 것을 설명하는 데 사용됩니다. 드룹은 입구 압력(레귤레이터 출력이 설정되었을 때의 값)의 상당한 변화로 인해 발생할 수도 있습니다. 입구 압력이 초기 설정에서 상승하면 출구 압력이 떨어집니다. 반대로 입구 압력이 떨어지면 출구 압력이 상승합니다. 그래프 "직동 압력 레귤레이터 작동 맵"에서 볼 수 있듯이 이 효과는 레귤레이터의 유용한 조절 용량을 보여주기 때문에 사용자에게 중요합니다.
오리피스 크기
밸브 오리피스를 늘리면 레귤레이터의 유량 용량이 증가할 수 있습니다. 설계가 더 큰 레귤레이터를 수용할 수 있는 경우 유익할 수 있지만 과도하게 지정하지 않도록 주의하세요. 의도한 응용 분야의 조건에 비해 밸브가 큰 레귤레이터는 변동하는 입구 압력에 더 민감하게 반응하고 과도한 처짐을 일으킬 수 있습니다.
잠금 압력
"잠금 압력"은 레귤레이터 밸브를 완전히 닫고 흐름이 없음을 보장하는 데 필요한 설정 지점 이상의 압력입니다.
히스테리시스
히스테리시스는 스프링과 씰로 인한 마찰력으로 인해 압력 조절기와 같은 기계 시스템에서 발생할 수 있습니다. 그래프를 살펴보면 주어진 유량에 대해 유량이 감소할 때 출구 압력이 유량이 증가할 때보다 더 높다는 것을 알 수 있습니다.
단일 단계 레귤레이터
단일 단계 레귤레이터는 비교적 작은 압력 감소에 적합한 선택입니다. 예를 들어, 대부분의 공장에서 사용하는 공기 압축기는 100~150psi 범위에서 최대 압력을 생성합니다. 이 압력은 공장을 통해 파이프로 공급되지만 종종 단일 단계 레귤레이터로 압력을 낮춰(10psi, 50psi, 80psi 등) 자동화 기계, 테스트 스탠드, 공작 기계, 누출 테스트 장비, 선형 액추에이터 및 기타 장치를 작동시킵니다. 단일 단계 압력 레귤레이터는 일반적으로 입구 압력 및/또는 유량의 큰 변동에는 적합하지 않습니다.
2단계(듀얼 스테이지) 레귤레이터
2단계 압력 조절기는 유량 변화가 크고, 유입 압력이 크게 변동하거나, 유입 압력이 감소하는 경우(예: 소형 저장 탱크나 가스 실린더에서 공급되는 가스)에 이상적입니다.
압력 보상 설계를 사용하는 레귤레이터를 제외한 대부분의 단일 단계 레귤레이터 레귤레이터의 경우, 입구 압력이 크게 떨어지면 출구 압력이 약간 증가합니다. 이는 출구 압력이 처음 설정된 시점부터 압력이 크게 떨어져 밸브에 작용하는 힘이 변하기 때문입니다. 2단계 설계에서 2단계는 입구 압력의 이러한 큰 변화에 영향을 받지 않고 1단계 출구에서 약간만 변화합니다. 이러한 배열은 1단계에 공급되는 압력이 크게 변했음에도 불구하고 2단계에서 안정적인 출구 압력을 제공합니다.
3단계 레귤레이터
4단계 레귤레이터는 3,000단계 레귤레이터와 유사한 안정적인 출구 압력을 제공하지만 상당히 높은 최대 입구 압력을 처리할 수 있는 추가 기능이 있습니다. 예를 들어, Beswick PRD0HP 시리즈 30단계 레귤레이터는 최대 XNUMXpsi의 입구 압력을 처리하도록 정격이 매겨졌으며 공급 압력이 변경되어도 안정적인 출구 압력(XNUMX~XNUMXpsi 범위)을 제공합니다. 고압에서 시간이 지남에 따라 감소하는 입구 압력에도 불구하고 안정적인 낮은 출력 압력을 유지할 수 있는 작고 가벼운 압력 레귤레이터는 많은 설계에서 중요한 구성 요소입니다. 예를 들어 휴대용 분석 기기, 수소 연료 전지, UAV 및 가스 카트리지 또는 저장 실린더에서 공급되는 고압 가스로 구동되는 의료 기기가 있습니다.
이제 응용 분야에 가장 적합한 레귤레이터를 선택했으므로 레귤레이터를 적절히 설치하고 조정하여 의도한 대로 기능하도록 하는 것이 중요합니다.
대부분의 제조업체는 밸브 시트가 먼지와 입자로 오염되는 것을 방지하기 위해 레귤레이터 상류에 필터를 설치할 것을 권장합니다(일부 레귤레이터에는 필터가 내장되어 있음). 필터 없이 레귤레이터를 작동하면 밸브 시트가 먼지나 이물질로 오염된 경우 배출구로 누출이 발생할 수 있습니다. 조절된 가스는 밸브 구성 요소를 오염시키거나 손상시키거나 레귤레이터 씰을 공격할 수 있는 오일, 그리스 및 기타 오염 물질이 없어야 합니다. 많은 사용자는 실린더와 소형 가스 카트리지에 공급되는 가스에 제조 공정에서 발생한 오일 흔적이 포함될 수 있다는 사실을 알지 못합니다. 가스에 오일이 있는지 여부는 종종 사용자에게 명확하지 않으므로 레귤레이터의 씰 재료를 선택하기 전에 가스 공급업체와 이 주제에 대해 논의해야 합니다. 또한 가스에는 과도한 습기가 없어야 합니다. 높은 유량 속도 응용 분야에서는 습기가 있으면 레귤레이터가 결빙될 수 있습니다.
압력 조절기를 산소와 함께 사용할 경우, 산소는 안전한 시스템 설계를 위해 전문 지식이 필요하다는 점을 알아두십시오. 산소와 호환되는 윤활제를 지정해야 하며, 석유 기반 절삭유의 흔적을 제거하기 위한 추가 세척이 일반적으로 지정됩니다. 조절기 공급업체에 산소 응용 분야에서 조절기를 사용할 계획이라고 반드시 알리십시오.
레귤레이터를 레귤레이터의 정격 입구 압력보다 최대 압력이 큰 공급원에 연결하지 마십시오. 압력 레귤레이터는 차단 장치로 사용하도록 설계되지 않았습니다. 레귤레이터를 사용하지 않을 때는 공급 압력을 꺼야 합니다.
설치
STEP 1
압력 소스를 입구 포트에 연결하고 조절된 압력 라인을 출구 포트에 연결하여 시작합니다. 포트에 표시가 되어 있지 않으면 제조업체에 문의하여 잘못된 연결을 방지합니다. 일부 설계에서는 공급 압력이 실수로 출구 포트에 공급되면 내부 구성 요소가 손상될 수 있습니다.
STEP 2
레귤레이터에 공급 압력을 켜기 전에 조절 제어 손잡이를 풀어 레귤레이터를 통한 흐름을 제한합니다. 레귤레이터에 갑자기 가압된 유체가 "충격"을 주지 않도록 공급 압력을 점차적으로 켭니다. 참고: 일부 레귤레이터 설계에서는 전체 공급 압력이 배출구로 전달되므로 조절 나사를 레귤레이터까지 끝까지 돌리지 마십시오.
STEP 3
압력 조절기를 원하는 출구 압력으로 설정하십시오. 조절기가 비방출식인 경우 유체가 "막다른 길"(흐름 없음)이 아닌 흐르는 경우 출구 압력을 조정하는 것이 더 쉽습니다. 측정된 출구 압력이 원하는 출구 압력을 초과하는 경우 조절기의 하류 측에서 유체를 배출하고 조정 손잡이를 돌려 출구 압력을 낮추십시오. 피팅을 풀어 유체를 배출하지 마십시오. 부상을 입을 수 있습니다.
릴리빙 스타일 레귤레이터를 사용하면 출력 설정을 낮추기 위해 노브를 돌릴 때 레귤레이터 하류 측에서 과도한 압력이 자동으로 대기로 배출됩니다. 이러한 이유로 가연성 또는 유해 유체에 릴리빙 스타일 레귤레이터를 사용하지 마십시오. 과도한 유체가 모든 지역, 주 및 연방 규정에 따라 안전하게 배출되는지 확인하십시오.
STEP 4
원하는 출구 압력을 얻으려면 원하는 설정점 아래에서 압력을 천천히 높여 최종 조정을 합니다. 원하는 설정점 위에서 압력을 설정하는 것보다 원하는 설정점 아래에서 압력을 설정하는 것이 좋습니다. 압력 조절기를 설정하는 동안 설정점을 초과한 경우 설정 압력을 설정점 아래 지점으로 낮추세요. 그런 다음 다시 압력을 원하는 설정점까지 점진적으로 높이세요.
STEP 5
레귤레이터가 지속적으로 설정 지점으로 돌아가는지 확인하기 위해 출구 압력을 모니터링하는 동안 공급 압력을 여러 번 켜고 끕니다. 또한 압력 레귤레이터가 원하는 설정 지점으로 돌아가는지 확인하기 위해 출구 압력도 켜고 끕니다. 출구 압력이 원하는 설정 지점으로 돌아가지 않으면 압력 설정 시퀀스를 반복합니다.
Jewellok은 소형 액체 및 공압 피팅, 퀵 디스커넥트, 밸브 및 레귤레이터를 전문으로 합니다. 귀하의 질문에 답변해 드릴 수 있는 학위를 소지한 애플리케이션 엔지니어 팀이 있습니다. 요청 시 맞춤형 디자인을 제공합니다.